인물
우리 대학 바이오및뇌공학과 크리스토퍼 피오릴로(Christopher Fiorillo, 43세) 교수의 논문 ‘가치의 이차원: 도파민 신경세포는 보상적인 가치에는 반응하나 처벌에는 반응 없어(Two Dimensions of Value: Dopamine Neurons Represent Reward but not Aversivenss)’이 세계최고 권위의 학술지인 사이언스(Science) 8월 2일자에 게재됐다.
뇌세포의 신경전달물질(neurotransmitter) 가운데 하나인 도파민(dopamine)은 인간 및 동물의 행동과 인식, 자발적인 움직임, 동기부여, 처벌과 보상, 기분, 학습, 기억 등에 지대한 영향을 미친다. 도파민을 포함해 가치에 민감하게 반응하는 신경세포(value-sensitive neurons)들은 외부에서 오는 자극(stimuli)을 ‘좋다’ 혹은 ‘나쁘다’ 등 가치(value)를 평가하고 그에 따른 행동을 유발한다.
기존의 생리학 또는 계산신경과학분야의 연구에서는 도파민계 뉴런(neuron, 신경세포)들이 반응하는 가치를 일직선상에 연속으로 배열한 ‘총체적인 가치(total value)’로 간주했다. 마치 빛의 강도를 어두운 것(dark)에서부터 점점 더 밝게(bright) 나타내듯이 나쁘다(bad)와 좋다(good), 잃은 것(loss)과 얻은 것(gain), 위험(danger)과 안전(safety) 등 서로 상반된 가치가 양 끝에 배치되고 그 중간은 단계별 가치가 지속적으로 연결되어 있는 일차원적인 직선으로 가치가 존재한다는 것이다. 따라서 도파민의 경우 부정적인 것과 긍정적인 것을 모두 다 표현한다고 여겼다.
하지만 이번에 피오릴로 교수가 수행한 원숭이를 이용한 동물실험 연구결과에 따르면 도파민 뉴런들은 보상적인(reward) 가치에는 민감하게 반응하지만 쓴맛이나 불쾌감과 같은 처벌적인(aversiveness) 가치에는 둔감하게 반응했다. 이는 보상과 처벌이 일직선상에 배열된 연속적인 가치가 아니라 별개의 범주에 속하는 가치라는 것이다.
도파민은 보상(reward)을 받는 것보다 보상을 기대하는(predict) 정도에 따라 더 반응한다고 알려져 있다(보상예측오류, reward prediction error). 예상하지 않았던 보상 혹은 기대했던 것보다 더 큰 보상을 받았을 경우 도파민은 활발하게 생성(activation)되지만 기대했던 보상이 없거나 또는 예상보다 더 적은 보상에는 도파민 생성이 평소보다 낮아지는 억제(inhibiting) 현상을 보인다.
만일 가치가 일차원적으로 존재한다면 예상했던 처벌보다 덜 심한 처벌(예를 들어 좀 더 덜 쓴 주스나 덜 짠 소금물)을 받았을 경우 보상에서처럼(예상했던 것보다 더 큰 보상을 받았을 때) 도파민이 생성되어야 하나 실험 결과에서는 도파민이 전혀 생성되지 않았다. 이처럼 도파민계 뉴런이 처벌에 반응하지 않았다면 처벌을 나타내는 또 다른 뉴런이 존재한다는 것을 시사한다. 이 뉴런들도 보상에 반응하는 도파민계 뉴런처럼 외부 자극에 ‘더 활발하게 반응하거나 또는 억제되는’ 모습을 보일 것이라고 예측했다.
피오릴로 교수는 “이번 연구에서 신경전달물질이 반응하는 네 가지 종류의 가치를 발견했다고 볼 수 있다”며 “보상 받는 것(reward-On), 보상 받지 못하는 것(reward-Off), 처벌 받는 것(aversive-On), 처벌 받지 않는 것(aversive-Off) 가운데 도파민은 보상받는 것(reward-On)만을 나타내는데, 나머지 세 종류의 가치에 반응하는 신경전달물질은 아마 별도로 존재할 것”이라고 말했다.
이와 함께 “흥미롭게도 뇌 속에는 도파민과 여러 면에서 유사한 종류의 신경전달물질(세로토닌, 노르에피네프린, 아세틸콜린)이 존재하는데 이들이 나머지 세 종류의 가치를 신호하는 신경전달물질일 가능성이 있다”고 덧붙였다.
지난 2009년 KAIST에 부임한 크리스토퍼 피오릴로 교수는 2000년 미국 오레곤 보건대학(Oregon Health & Science University)에서 신경과학(neuroscience) 분야로 박사학위를 받았다. 스위스 프리부르대학(Fribourg University)과 영국 캠브리지대학(University of Cambridge)에서 박사 후 연구원으로 근무했다.
KAIST로 옮기기 전 미국 스탠포드대학에서 연구한 논문 ‘도파민 신경세포의 보상예측에 대한 시간적인 정밀성(The Temporal Precision of Reward Prediction in Dopamine Neurons)’이 2008년 네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience에 발표되는 등 우수한 연구 성과를 낸 신경생리학자(neurophysiologist)다.
주 연구 분야는 원숭이를 실험에 이용해 신경세포기능을 연구하는 원숭이 신경생리학(Monkey neurophysiology), 계산신경과학(computational neuroscience), 시스템 신경생리학(systems neurophysiology) 등이다.
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인물 ‘노벨상 펀드’, HFSP 2025, 윤영규·신우정 교수 선정
생명과학 분야의 ‘노벨상 펀드’로 불리며, 지금까지 31명의 노벨상 수상자를 배출한 ‘휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(HFSP)’에서 우리 대학 연구진이 2025년 수상자로 선정됐다. 이번 수상은 KAIST의 학제 간 융합연구와 혁신적 연구 역량이 다시 한 번 전 세계적으로 인정받았다는 점에서 큰 의미를 가진다. 우리 대학 전기및전자공학부 윤영규 교수와 바이오및뇌공학과 신우정 교수가 2025년 휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(HFSP) 상을 받게 됐다고 1일 밝혔다. 두 교수는 올해 첫 선정자를 배출한 액셀러레이터 트랙에 선정되어 향후 2년간 약 10만 달러를 지원받게 된다. 휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(HFSP)은 생명과학 분야 세계 최고 권위의 국제 연구 지원 프로그램으로, 독창적인 학제 간 융합 국제공동연구를 수행할 역량이 있는 연구자를 선별, 새로운 접근법으로 생명 기전을 밝히는 연구를 지원하자는 취지로 1997년 G7
2025-04-01 -
인물 백세범 교수, 사이언스 어드밴시스 부편집장 임명
우리 대학 뇌인지과학과 백세범 교수가 세계적 권위의 과학 학술지인 사이언스 어드밴시스 (Science Advances)의 신경과학 (Neuroscience) 분과 부편집장(Associate Editor)으로 임명됐다고 14일 밝혔다. 이는 계산 신경과학 기반의 뇌 연구를 선도하고 있는 연구자인 백세범 교수의 탁월한 학문적 영향력과 학술적 소통 역량이 세계적으로 인정받은 성과다. 백세범 교수는 신경과학의 난제 중 하나였던 시각피질 뇌 지도 발생의 원리*를 세계 최초로 밝힌 이래, 지난 10여 년간의 연구를 통해 독창적인 이론 연구의 전문성을 인정받고 있다. *시각피질 뇌 지도 발생의 원리: 포유류의 시각피질에서는 서로 다른 시각 정보(예: 색상, 방향 등)에 선택적으로 반응하는 신경세포들이 일정한 패턴을 이루며 배치되어 있는데 이를 기능성 뇌 지도(functional map)라고 함. 이 연구에서는 수학적 모델에 기반한 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 망막에 있는 신경세포들이
2025-03-14 -
연구 천천히 걸음 속도 높여도 다 아는 인공지능 기술 개발
최근 건강에 관한 관심이 점차 커지면서 일상생활에서 스마트 워치, 스마트 링 등을 통해 자기 신체 변화를 살펴보는 일이 보편화되었다. 그런데 기존 헬스케어 앱에서는 걷기에서 뛰기로 갑자기 변화를 줄 경우는 잘 측정이 되지만 천천히 속도를 높이는 경우는 측정이 안 되는 현상이 발생했다. 우리 연구진이 완만한 변화에도 동작을 정확하게 파악하는 기술을 개발했다. 우리 대학 전산학부 이재길 교수 연구팀이 다양한 착용 기기 센서 데이터에서 사용자 상태 변화를 정확하게 검출하는 새로운 인공지능 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 보통 헬스케어 앱에서는 센서 데이터를 통해 사용자의 상태 변화를 탐지하여 현재 동작을 정확히 인식하는 기능이 필수이다. 이를 변화점 탐지라 부르며 다양한 인공지능 기술이 변화점 탐지 품질을 향상하기 위해 적용되고 있다. 이재길 교수팀은 사용자의 상태가 급진적으로 변하거나 점진적으로 변하는지에 관계없이 정확하게 잘 동작하는 변화점 탐지 방법론을 개발했다.
2024-11-12 -
연구 세계 최초 원자 편집으로 신약 발굴 패러다임 바꿔
선도적 신약 개발에서는 약효의 핵심 원자를 손쉽고 빠르게 편집하는 신기술은 의약품 후보 발굴 과정을 혁신하는 원천 기술이자, 꿈의 기술로 여겨져 왔다. 우리 대학 연구진이 약효를 극대화하는 단일 원자 편집 기술 개발에 세계 최초 성공했다. 우리 대학 화학과 박윤수 교수 연구팀이 오각 고리 화합물인 퓨란의 산소 원자를 손쉽게 질소 원자로 편집·교정하여, 제약 분야에서 널리 활용되는 피롤 골격으로 직접 전환하는 원천 기술 개발에 성공했다고 8일 밝혔다. 해당 연구성과는 그 중요성을 인정받아 과학 분야 최고권위 학술지인 ‘사이언스(Science)’誌 에 지난 10월 3일 게재됐다. (논문명: Photocatalytic Furan-to-Pyrrole Conversion) 많은 의약품은 복잡한 화학 구조를 갖지만, 정작 이들의 효능은 단 하나의 핵심 원자에 의해 결정되기도 한다. 대표적으로, 산소, 질소와 같은 원자는 바이러스에 대한 약리 효과
2024-10-10 -
행사 K-하이테크 플랫폼 개소식 및 공동세미나 개최
우리 대학이 지난달 27일 경기도 화성시 동탄에 위치한 KAIST-화성 사이언스 허브에서 K-하이테크 플랫폼(센터장 김소영, 과학기술정책대학원 교수) 개소식 및 공동세미나를 개최했다. K-하이테크 플랫폼은 이차전지, 지능형로봇, 첨단소재, 차세대반도체, 차세대디스플레이, 바이오헬스, 에코업, 신재생에너지, 수소, 양자, 우주, 나노, 기타 신기술 등 국가 경쟁력과 직결되는 핵심 산업의 인재를 양성하는 사업으로 고용노동부가 주관한다. 우리 대학은 지난해 6월 사업 수행기관으로 선정돼 5년간 30억 원의 예산을 지원받아 첨단산업 종사자 · 관심 있는 재직자 · 채용예정자 · 구직자 등을 대상으로 인재를 양성할 예정이다. 특히, 우리 대학 K-하이테크 플랫폼은 세계 수준의 연구 및 교육 성과와 인프라를 바탕으로 인공지능·스마트팩토리·협동로봇·반도체설계 등을 교육한다. 통합형 창의교육 플랫폼을 바탕으로 콘
2024-07-01